Marine Zeebrugge
De moderne navigatieradar
Radar
-

-

Zendgedeelte

De meest bekende radar is de navigatieradar die op schepen gebruikt wordt om hindernissen op tijd te detecteren. Aan wal worden dergelijke radars gebruikt om de navigatie te controleren op de waterwegen (Nauw van Calais, Noordzee, Westerschelde,...)

Magnetron et modulator

De zender bestaat uit een magnetron die kort ingeschakeld wordt en een hoogfrekwente puls levert met een vermogen van ongeveer 25kW voor een navigatieradar. Omdat de pulsduur zeer kort is, is het gemiddeld vermogen laag, in de orde van 200W. De magnetron in je microgolf levert een hoger continu vermogen.


Circulator
Om de magnetron in en uit te schakelen gebruikt men een modulator, die is een electronische schakelaar die de hoogspanning naar de magnetron doorlaat en onderbreekt. De gloeispanning voor de magnetron is altijd aanwezig (de magnetron is eigenlijk een soort diode uit het buizentijdperk).

Duplexer

Het signaal van de magnetron wordt naar de antenne gestuurd door middel van een golfgeleider, een dure naam voor een holle buis. Een golfgeleider (met de juiste afmetingen) veroorzaakt minder verliezen dan een coaxiale kabel. Het echosignaal wordt door de antenne ontvangen en volgt dezelfde weg, maar in omgekeerde richting.

De ontvanger is aangesloten op dezelfde golfgeleider, maar om die te beschermen als de magnetron werkt is er duplexer geplaatst tussen magnetron, antenne en ontvanger. Er bestaan verschillende systemen om de ontvanger te beschermen, en vaak worden er twee verschillende systemen achter elkaar gebruikt: ringkerncirculator, TR/ATR switch en PIN diodes.

Ringkerncirculateur

De ringkerncirculator heeft drie ingangen/uitgangen. Het radiosignaal kan enkel in ÚÚn richting "draaien": het signaal kan van poort 1 naar poort 2 gaan, van poort 2 naar poort 3, enz, maar niet in omgekeerde richting. De ringkern is sterk magnetisch gemaakt door een extern veld, waardoor men verschillende propagatiesnelheden bekomt in de ene en andere richting.

Ringkerncirculateur

Veronderstel dat het signaal binnenkomt via poort 1. Het signaal kan twee kanten op, naar uitgang 2 of naar uitgang 3. Door de verschillende bewegingssnelheid komt het signaal in fase toe aan poort 2 en in tegenfase op poort 3. Het signaal kan dus afgetamp worden op poort twee, terwijl er geen signaal is op poort drie. De circulator moet aangepast worden aan de gebruikte magnetronfrekwentie om een correcte faseverschuiving te hebben. De circulator mag niet ge÷pend worden, want dit zou het magnetisch veld kunnen wijzigen.

Er is een verlies van enkele dB in de goede richting en een verzwakking van 30dB in de verkeerde richting. De demping is voldoende om de ontvanger te beschermen in het geval van een navigatieradar.

T/R switch

Een andere type duplexer is de T/R switch (Transmit/receive). Het bestaat uit een gasontladingslamp die in de golfgeleider geplaatst wordt, juist voor de ontvanger. Als de radar aan het zenden is, dan wordt het gas ge´oniseerd tot een geleidende plasma (boogontlading), zodat de straling tegen gehouden wordt. Het duurt een tijdje vooraleer dat er een plasma gevormd wordt: om die tijd te verkorten wordt er een kleine spanning over de gasontladingslamp gezet. De spanning is voldoende om een glimontlading te veroorzaken, maar geen geleidende plasma.

De eerste duplexer die reeds op het einde van de tweede wereldoorlog gebruikt werd is de T/R switch met gasontladingslamp.

PIN diode

De PIN diode is een diode met een extra weinig doorlatende laag tussen de P en N laag (intrinsieke laag: dit is een laag zonder extra P of N geleiders). Als men een hoogfrekwent signaal op de diode zet, dan hebben de vrije electronen in de intrinsieke laag niet de tijd om de zone te verlaten, ze worden gewoon heen en weer geschud: de laag is dus geleidend.

Als men de diode zo polariseert dat die in geleiding is, dan heeft de diode een lage impedantie voor het hoogfrekwent signaal. Wordt de diode omgekeerd gepolariseerd, dan gedraagt de diode zich als een isolator. Door de "I"-laag heeft de diode een verwaarloosbare eigen capaciteit.

De PIN diode kan geschakeld worden als AAN of UIT schakelaar naargelang de polariteit (TR en ATR switch: transmit-receive en anti-transmit receive switch). De diode verbreekt de verbinding tussen antenne en ontvanger en zet terzelfdertijd de ontvanger aan de massa, waardoor men een goede verzwakking bekomt.

Pulsduur

De pulsduur bepaalt het bereik van de radar: tijdens het zenden kan de radar immers niet lusiteren
  • Met een korte puls kan men geen hoog vermogen uitsturen en veraf gelegen doelen kunnen niet gedetecteerd worden.
  • Met een lange puls ontstaat er een blinde vlek rond het schip. De echo is immers al terug terwijl de radar nog aan het zenden is.
De resolutie van de radar wordt zo beperkt door de pulsduur: een pulsduur van 0.5Ás geeft een blinde zone van 75 meter rond het schip, en doelen die dichter dan 75 meter van elkaar liggen worden als ÚÚn doel gezien.

Om dit probleem te vermijden zal men de pulsduur aanpassen aan het bereik van de radar. Bij het binnenvaren van een haven (lage snelheid) zal men korte pulsen gebruiken om een gedetailleerd beeld van de omgeving te hebben, bij het varen op open zee zal men lange pulsen gebruiken om schepen en hindernissen op tijd te detecteren. Moderne radars passen automatisch de pulsduur aan aan het bereik dat geselecteerd is.

Herhalingsfrekwentie

Het is ook interessant van een hoge herhalingsfrekwentie (PRF: pulse repetition frequency) te hebben, zodat men door het integreren van opeenvolgende pulsen een duidelijker beeld kan bekomen. Maar een hoge herhalingsfrekwentie beperkt ook het bereik van de radar. Bij een herhalingsfrekwentie van 1250Hz is het bereik van de radar beperkt tot ongeveer 100km. Het echo van verder gelegen doelen wordt pas ontvangen als de radar opnieuw aan het zenden is.

Om storingen te vermijden wordt de herhalingsfrekwentie van bepaalde radars constant lichtjes gewijzigd (staggered PRF). Daarmee kan men storingen van andere radars en apparaten die dezelfde frekwentie gebruiken onderdrukken. Omdat de herhalingsfrekwentie verandert, verandert ook de positie op het scherm van de stoorbronnen. Door de integratie van opeenvolgende beelden verdwijnen deze stoorbronnen, terwijl de echte echo's goed doorkomen.

Frekwentiebanden

Naargelang de funktie van de radar kunnen verschillende frekwentiebanden gebruikt worden. Navigatieradars gebruiken doorgaans de X-band die een aanvaardbaar compromis geeft (frekwenties rond de 10GHz, golflengte van 3cm).

De L-band (1 - 2 GHz) en S-band (2 - 4GHz) hebben een langer bereik en worden voornamelijk door de kustwacht gebruikt (en vliegverkeer).

De X-band (18GHz en hoger) wordt gebruikt voor korte afstanden (snelheidsovertredingen, tellen van voertuigen, enz). De demping van de straling is veel hoger en het bereik is beperkt. Deze frekwentiebanden worden ook gebruikt door weerkundige radars (regen en wolken detectie).

En we gaan verder met de radar ontvanger.

PublicitÚs - Reklame

-